1463

струмент. Тепло, образованное работой, затраченной на преодо­ ление трения передней поверхности инструмента и стружки, пе­ реходит в стружку и в инструмент. Тепло, полученное в результа­ те работы, затраченной на преодоление трения задней поверх­ ности инструмента и поверхности резания, переходит в заготов­ ку и в инструмент. Следовательно, тепло, полученное на разных участках от работы, затраченной на выполнение упругой и плас­ тической деформаций и на преодоление трения, распространя­ ется в стружку, инструмент, заготовку и в небольшом количестве

Рис. 272. Участки образования тепла:

1 — область наибольших пластических деформаций; 2 —

участок трения передней поверхности инструмента и стружки; 3 — участок трения задней поверхности ин­

струмента и поверхности резания

в окружающую среду. Соотношение количеств распределяемого таким образом тепла колеблется в очень широких пределах в за­ висимости от обрабатываемого металла, вида обработки и ин­ струмента, а также от других причин. Так, при работе резцами от 50 до 80% образовавшегося тепла уносится стружкой, от 10 до 40% переходит в инструмент, от 3 до 9% остается в заготовке и около 1% рассеивается в атмосфере. Как видно, значительная часть тепла уносится стружкой и эта ^асть увеличивается по ме­ ре увеличения скорости резания. Тем не менее достаточно боль­ шое количество тепла попадает в инструмент и нагревает его до высокой температуры. Под влиянием температуры металл инструмента теряет свои механические качества, износ инстру­ мента увеличивается и приводит к разрушению лезвия и утрате инструментом режущей способности.

Таким образом, высокая температура вредна для металлоре­ жущего инструмента и в особенности для той части его, которая примыкает к лезвию. Эта часть ввиду подвода к ней большего количества тепла и худшего отвода его из-за небольшого объе­ ма этой части нагревается больше. Вместе с тем температура, до которой нагревается режущая часть инструмента, как это следу­ ет из предыдущего, зависит, с одной стороны, от количества об­ разующегося тепла, и, с другой стороны, от количества отводи­ мого тепла.

Из уравнения, связывающего количество образующегося теп­ ла с механической работой, следует, что теплообразование зави­ сит от силы резания и скорости. На величину силы резания вли­ яют физико-механические свойства обрабатываемого металла, форма режущей части инструмента, характеризуемая ее геомет­ рическими параметрами, т. е. задними и передними углами, уг­ лами в плане и углом наклона лезвия, а также форма и разме­ ры поперечного сечения срезаемого слоя, определяемые его ши­ риной и толщиной. Следовательно, через конструкцию режущей части инструмента и параметры поперечного сечения срезаемо­ го слоя можно влиять на общее количество образовавшегося теп­ ла, на относительную роль каждого из трех главных участков теплообразования и на количество тепла, переходящего в ин­ струмент.

На условия отвода тепла, поступающего в инструмент, также можно влиять. Важную роль здесь играет форма режущей части инструмента. Изменение геометрических параметров ее меняет условия теплоотвода.

Для усиления теплоотвода применяют также смазочно-ох­ лаждающие жидкости. Ко всем предназначенным для этой це­ ли жидкостям предъявляются требования большой теплоемкос­ ти и теплопроводности, хороших смазочных свойств, адсорбиру­ ющей способности по отношению к обрабатываемому металлу и отсутствия ее по отношению к материалу инструмента, устойчи­ вости при хранении и использовании, безвредности для здоровья людей, отсутствия коррозионного влияния.

Некоторые из применяемых жидкостей обладают только ох­ лаждающими свойствами. К таким жидкостям относятся водные растворы электролитов, кроме того, содержащие противокорро­ зионные вещества.

Другие жидкости влияют не только на теплоотвод, но и на уменьшение теплообразования. Так, водные растворы поверх­ ностно активных веществ, эмульсии, т. е. система двух распреде­ ленных одна в другой жидкостей, и водные растворы некоторых масел, содержащие поверхностно активные вещества,, обладают благодаря последним меньшим поверхностным натяжением и

вследствие этого большой смачиваемостью. Молекулы поверх­ ностно активных веществ проникают из адсорбированного на поверхности обрабатываемого металла слоя в образующиеся при резании микротрещины и производят в них расклинивание. При этом пластичность обрабатываемого металла уменьшается, а следовательно, уменьшается и работа, затрачиваемая на выпол­ нение пластической деформации. Эти же жидкости несколько уменьшают коэффициент трения и, следовательно, работу, затра­ чиваемую на преодоление трения. Применение этих жидкостей наряду с улучшением отвода тепла уменьшает теплообразова­ ние от работы, затрачиваемой на выполнение пластической де­ формации и отчасти на преодоление трения.

Минеральное масло, растительное, смешанное с минераль­ ным и масло с наполнителем в виде графита уменьшают коэф­ фициент трения, работу, затрачиваемую на преодоление трения, и количество образующегося от нее тепла. Осернение и хлори­ рование масла создают условия проникновения поверхностна активных веществ из адсорбированного слоя в микротрещины, образующиеся при резании металлов. В связи с этим умень­ шаются работа, затрачиваемая на выполнение пластической де­ формации, и количество образующегося при этом тепла. Как видно, масло влияет главным образом на уменьшение теплооб­ разования от работы, затрачиваемой на преодоление трения,, и, отчасти, от работы, затрачиваемой на выполнение пластиче­ ской деформации. Охлаждающее действие его, т. е. влияние на отвод тепла, меньше, чем других жидкостей.

Наиболее употребительной является подача смазочно-охлаж­ дающей жидкости в количестве до 30 л/мин, на обрабатываемую поверхность в том месте, где срезаемый слой переходит в струж­ ку, т. е. на участок наибольшей деформации и наибольшего теплообразования. Новыми и весьма эффективными способами подачи жидкости являются внутреннее охлаждение металлоре­ жущего инструмента, когда охлаждающая жидкость проходит по каналу внутри инструмента и, подача смазочно-охлаждающей жидкости под давлением 20—30 ат в зазор между задней по­ верхностью инструмента и поверхностью резания.

При большой скорости резания, достигающей 2000, а в иных случаях и 3000 м/мин, температура превышает 600° С и иногда доходит до 1000° С. В условиях таких высоких температур ре­ зание могут производить только инструменты, режущая часть которых изготовлена из твердых сплавов. Наружное охлажде­ ние вызывает при этом в ряде случаев растрескивание твердо­ сплавных пластинок и тогда применение внутреннего охлажде­ ния делается особенно целесообразным.

Изложенное показывает, что явлениями теплообразования и теплоотвода можно в какой-то мере управлять.

Работа с большими скоростями резания и с развитием высо­ ких температур носит название скоростного резания. Сущность его состоит в том, что высокая температура в области пласти­ ческой деформации срезаемого слоя изменяет физико-механиче­ ские свойства обрабатываемого металла, а именно, понижает предел его прочности и уменьшает его твердость, а высокая температура на трущихся поверхностях изменяет их состояние. Изменение свойств металла в срезаемом слое уменьшает пла­ стическую деформацию. Это косвенно выражается в усадке сре­ заемого слоя, которая несколько увеличиваясь вначале, при дальнейшем увеличении скорости резания падает. Уменьшение пластическойдеформации и измененные условия трения отра­ жаются и на величине силы резания. При увеличении скорости резания она так же, как и усадка срезаемого слоя, растет в об­ ласти малых скоростей, а потом последовательно падает.

Стойкость металлорежущих инструментов

Из уравнения теплообразования следует, что количество об­ разующегося тепла пропорционально силе резания и скорости резания. Последняя является важным условием производитель­ ности и непосредственно влияет на продолжительность обработ­ ки. Чем выше скорость резания, тем меньше время, необходи­ мое на обработку. Однако увеличение скорости резания и повышение в связи с этим температуры увеличивают износ ме­ таллорежущего инструмента и сокращают продолжительность его работы, которая называется стойкостью инструмента. Каж­ дой скорости соответствует определенная стойкость. Скорость резания и стойкость инструмента связаны между собой зависи­ мостью

где V — скорость резания, м/мин\

С — коэффициент, зависящий от обрабатываемого металла, материала и геометрических параметров инструмента, глубины резания, подачи, охлаждения и других усло­ вий резания;

Т — стойкость инструмента, мин.; m — показатель степени.

Показатель степени в уравнении относительной стойкости изменяется в пределах от 0,1 до 0,4. При такой величине пока­ зателя степени даже небольшое изменение скорости резания вызывает резкое изменение стойкости инструмента. Вместе с тем для каждого случая механической обработки металлов имеется определенная, наиболее выгодная стойкость инструмента. Она

зависит от сложности и продолжительности затачивания инстру­ мента или его установки на станке. Например, затачивание сложного, многолезвийного инструмента или установка инстру­ мента при многоинструментальной работе требуют значительно­ го времени. В этих случаях более выгодной является продолжи­ тельная работа без снятия инструмента и его перетачивания, несмотря на то, что увеличенная стойкость требует некоторого уменьшения скорости резания. При работе простым инструмен­ том и простой установке его, наоборот, выгоднее работать с по­ вышенной скоростью резания и небольшой стойкостью с частым перетачиванием инструмента.

Таким образом, уравнение относительной стойкости дает ре­ шение задачи отыскания предельной скорости резания, допус­ каемой наиболее выгодной стойкостью инструмента. Превыше­ ние этой скорости резания делает работу малопроизводительной и невыгодной из-за частого перетачивания инструмента. Рабо­ та с меньшей скоростью резания возможна, но при этом не ис­ пользуется полностью режущая способность инструмента, не достигается уровень возможной производительности и работа тоже становится невыгодной.

Допускаемая скорость резания

Определение допускаемой скорости резания путем подсчета по уравнению относительной стойкости в практических условиях невозможно из-за большого числа переменных величин, входя­ щих в постоянный коэффициент. Вместе с тем результаты боль­ шого количества опытных исследований дают достаточно надеж­ ные зависимости скорости резания от основных условий, влия­ ющих на ее величину в наибольшей степени. В общем виде уравнение допускаемой скорости резания следующее:

Vr =

T mtx v ^ Z n v ’

где V T — скорость резания, допускаемая определенной стойко­ стью инструмента, м/мин;

Су— коэффициент, характеризующий свойства обрабаты­ ваемого металла и условия резания;

t— глубина резания, мм\

ху — показатель степени при глубине резания;

sz— подача на один режущий элемент, мм/дв. ход или

мм/об\

yv — показатель степени при подаче;

Z — число одновременно работающих режущих элементов; п у — показатель степени при числе одновременно работаю­

щих режущих элементов.

Рассмотренное уравнение выражает зависимость допускае­ мой скорости резания от коэффициента, характеризующего свойства обрабатываемого металла и другие условия резания, от наиболее выгодной стойкости инструмента, от глубины реза­ ния, подачи и числа одновременно работающих режущих эле­ ментов.

Образующие сечение срезаемого слоя, глубина резания и по­ дача влияют на допускаемую скорость резания не одинаково. Показатель степени при глубине резания меньше и, следова­ тельно, ее влияние на допускаемую скорость резания тоже мень­ ше. Подача, показатель степени при которой имеет большую величину, оказывает на допускаемую скорость резания большее влияние.

Увеличение числа одновременно работающих режущих эле­ ментов увеличивает тепловой поток, направленный в массу ин­ струмента. Разница температур в режущем элементе и массе инструмента уменьшается и отвод образующегося тепла от лез­ вия в массу ухудшается. Это повышает температуру и умень­ шает стойкость режущего элемента, а следовательно, ограни­ чивает скорость резания, допускаемую стойкостью инстру­ мента.

Постоянный коэффициент и все показатели степени опреде­ ляют по справочным данным. Но выражаемые уравнением ско­ ростные зависимости действительны только для условий, приня­ тых при определении постоянного коэффициента. Всякое откло­ нение от типовых условий требует введения поправочных коэффициентов.

Уравнение допускаемой скорости резания в своем общем ви­ де содержит величины, которые при некоторых видах механиче­ ской обработки металлов отсутствуют в явном виде и требуют предварительного вычисления. Чтобы этого избежать и сделать подсчеты допускаемой скорости резания более удобными и про­ стыми, общее уравнение скорости резания изменяется в каждом виде обработки применительно к имеющимся исходным величи­ нам. Но, хотя видоизмененная форма отдельных уравнений и скрывает физический смысл их, скоростные зависимости общего уравнения полностью сохраняются.

Мощность

Мощность, необходимая для выполнения резания, опреде­ ляется как работа, затрачиваемая на выполнение резания в еди­ ницу времени, т. е. как произведение силы, действующей в на­ правлении рабочего движения, на скорость резания. Так как скорость резания измеряется в метрах в минуту, а \ л. с. — это

работа, равная 75 кгм/сек, и 1 кет — это работа, равная 102 кем!сек, то

РV

М= ШГТ5 л • с-

или

^ = 60 102 КвТП’

где N — мощность, необходимая для. выполнения резания, л. с.

или кет; Рх -г- сила, действующая в направлении рабочего движе­

ния, кг;

V — скорость резания, м/мин.

Технологическое время

Всякая технологическая задача требует решения не только качества механической обработки, т. е. выполнения заданных размеров в пределах установленной точности и получения за­ данной чистоты обработанной поверхности, но и производитель­ ности, т. е. наименьшей затраты времени на обработку. Из всего времени, которое затрачивается на обработку, та часть его, в течение которой происходит резание металла, называется тех­ нологическим временем.

Продолжительность резания, или технологическое время, за­ висит от глубины резания, подачи и скорости резания. Эти ве­ личины связаны между собой уравнением допускаемой скорости резания. Степень влияния каждой из них на другие выражается величиной показателя степени. Самую малую величину имеет показатель степени при глубине резания. Это значит, что при значительном увеличении глубины резания подачу надо для со­ хранения постоянной скорости резания уменьшить, но в меньшее число раз, чем увеличится глубина резания, или для сохранения постоянной подачи в еще меньшее число раз уменьшить скорость резания. Показатель степени при подаче больше, и она больше влияет на остальные две величины. Самое большое влияние име­ ет скорость резания. С этим необходимо считаться при назначе­ нии параметров резания.

В первую очередь надо устанавливать глубину резания, так как ее влияние на остальные величины наименьшие. Но глубина резания не может быть больше величины припуска, т. е. разнос­ ти размеров исходного металла или заготовки и готовой детали. При круглых деталях припуск равняется половине разности диаметров. Во всяком случае надо стремиться срезать весь припуск в один проход. После установления глубины резания назначается подача. Ее величина ограничивается при черновой работе прочностью деталей в механизме подачи станка, а при чистовой работе — заданной чистотой обработанной поверхнос­